无反射板激光自主导航agv小车及其导航方法
【专利摘要】本发明公开了一种无反射板激光自主导航AGV小车，涉及运输设备【技术领域】，本发明的无反射板激光自主导航AGV小车，无需安装反射板即可实现激光导航AGV小车的定位和避障，包括激光扫描仪、小车主体、上位机系统、下位机系统、执行机构和输入输出装置，激光扫描仪与上位机系统电连接，上位机系统与下位机系统电连接，输入输出装置与下位机系统连接，执行机构可转动地连接在小车主体的下方，执行机构用于驱动无反射板激光自主导航AGV小车运行。
【专利说明】无反射板激光自主导航AGV小车及其导航方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及运输设备【技术领域】，特别是涉及一种无反射板激光自主导航AGV小车。
【背景技术】
[0002]AGV小车(自动导航小车)是指装备有电磁或光学等自动导引装置，能够沿规定的导引路径行驶，具有小车编程与停车装置、安全保护以及各种移载功能的运输小车。近年来随着现代物流以及相关技术在我国高速发展，AGV已广泛应用于物流系统和柔性制造系统中，其高效、快捷、灵活，大大提高了生产自动化程度和生产效率。激光引导是在九十年代中期开始采用的先进的引导方式，是除GPS外唯一不需要地面处理的引导方式，激光引导AGV小车采用激光扫描器和预先在AGV小车运行区域周围布置好位置的反光板作为激光定位所需的基础环境，主要完成路径规划、定位和避障等任务。
[0003]现有的激光导航AGV小车，在运行区域需要安装至少三个以上的高亮度反射板，激光扫描仪只能检测到这种高亮度的反射板，激光扫描一周后，可以得到一系列反射板的反射角，然后根据得到的数据进行定位。反射板的安装至关重要，必须在运行区域都安装上，当激光导航AGV小车到达新的区域时，需重新安装反射板。另外反射板的位置必须固定，如不小心动了反射板，AGV小车将不知道自己的位置，灵活性和精确度相对而言比较差。
【发明内容】
[0004]为解决上述技术问题，本发明的一个目的在于提供一种无需安装反射板即可实现激光导航AGV小车的定位和避障的无反射板激光自主导航AGV小车。
[0005]本发明的无反射板激光自主导航AGV小车，包括激光扫描仪、小车主体、上位机系统、下位机系统、执行机构和输入输出装置，所述激光扫描仪与上位机系统电连接，激光扫描仪用于接收反射的激光，并将此激光转换为电信号传送给上位机系统；
所述上位机系统与下位机系统电连接，上位机系统根据激光扫描仪发送的电信号构建地图，并在此地图的基础上进行路径规划，并向下位机系统发送控制指令，控制无反射板激光自主导航AGV小车的运行；
所述输入输出装置与下位机系统连接，输入输出装置用于接收操作人员发送的控制指令和显示无反射板激光自主导航AGV小车内部的状态信息；
所述执行机构可转动地连接在小车主体的下方，执行机构用于驱动无反射板激光自主导航AGV小车运行。
[0006]进一步的，本发明的无反射板激光自主导航AGV小车，所述执行机构包括固定板、左执行机构和右执行机构，所述左执行机构和右执行机构分别设置在固定板的左侧和右侦牝所述执行机构中的每个执行机构包括车轮、马达、驱动器和旋转编码器，所述车轮的主轴与马达的主轴连接，左执行机构中的车轮和右执行机构中的车轮用于产生速度差，并驱动执行机构转弯，从而带动小车主体运行，所述马达与驱动器电连接，所述驱动器与下位机系统电连接，驱动器用于驱动马达的运转，所述旋转编码器的输入轴与马达的主轴连接，并且旋转编码器与下位机系统电连接，旋转编码器用于向下位机系统反馈马达的转速和转角数据。
[0007]进一步的，本发明的无反射板激光自主导航AGV小车，还包括角度传感器和从动轴，所述从动轴竖直地设置在固定板上，所述角度传感器与从动轴固定连接，并且角度传感器与下位机系统电连接，角度传感器用于检测执行机构与小车主体之间的夹角数据，并将此数据通过下位机系统上传至上位机系统。
[0008]进一步的，本发明的无反射板激光自主导航AGV小车，所述输入输出装置包括触摸屏、按钮、遥控器、声音输出设备和障碍物传感器，所述触摸屏、按钮、声音输出设备和障碍物传感器分别与下位机系统电连接，按钮用于启动或关闭无反射板激光自主导航AGV小车，声音输出设备用于提示无反射板激光自主导航AGV小车的内部状态数据，所述障碍物传感器用于当无反射板激光自主导航AGV小车碰到障碍物时停止无反射板激光自主导航AGV小车的运行，所述遥控器与上位机系统或下位机系统通过无线连接，遥控器用于控制无反射板激光自主导航AGV小车的运行。
[0009]进一步的，本发明的无反射板激光自主导航AGV小车，所述上位机系统为工业控制计算机或MCU控制器中的一种。
[0010]进一步的，本发明的无反射板激光自主导航AGV小车，所述下位机系统为MCU控制器或PLC中的一种。
[0011 ] 进一步的，本发明的无反射板激光自主导航AGV小车，所述下位机系统集成在上位机系统之中。
[0012]与现有技术相比本发明的无反射板激光自主导航AGV小车有益效果为:本发明的无反射板激光自主导航AGV小车包括激光扫描仪和上位机系统，上位机系统在接收到激光扫描仪发送的电信号后对其进行处理，建立原始地图并对其进行限定，去除非安全区域从而得到有效地图，并保存在上位机系统中，当设定好目的点后，上位机系统根据建立的地图进行路径规划，找到一条到达目的地的最短路径，并据此最短路径向执行机构发送控制指令，控制无反射板激光自主导航AGV小车的运行，期间，旋转编码器将和角度传感器将通过下位机系统向上位机系统传送转速和角度等数据，从而实现上位机系统的反馈控制，进一步调整执行机构中车轮的转速和身姿，直至到达设定的目的地。综上所述，本发明的无反射板激光自主导航AGV小车不需要像带反射板的激光导航AGV小车那样，通过反射板反射的激光来计算自身所处的位置，而是通过原始地图和有效地图的建立，实现自主导航。
[0013]本发明的另一个目的在于提供一种无反射板激光自主导航AGV小车的自动导航方法，以实现无反射板激光自主导航AGV小车的自动导航，包括以下步骤:
A:开启无反射板激光自主导航AGV小车，并将无反射板激光自主导航AGV小车设定为遥控模式；
B:利用遥控器控制无反射板激光自主导航AGV小车在需要到达的区域内运行，当激光扫描仪扫描到物体时，激光扫描仪将反射回来的激光转换为电信号，并发送至上位机系统；
C:上位机系统对激光扫描仪发送过来的电信号进行处理，并建立原始地图，将扫描到的物体轮廓用黑色线条表示在原始地图中，直到无反射板激光自主导航AGV小车在需要到达的区域内运行一遍后，原始地图建立完成，上位机系统将此原始地图进行保存；
D:操作人员对原始地图作限定，人工屏蔽有条件开放的非安全区域，从而得到一个有效地图，并将此有效地图保存在上位机系统中；
E:操作人员在有效地图内设定无反射板激光自主导航AGV小车的起始点和目标点，并将无反射板激光自主导航AGV小车设定为自主模式；
F:上位机系统进行路径规划，规划出最短路径，并发送控制指令及行走数据给下位机系统；
G:下位机系统将控制指令发送至执行机构，驱动无反射板激光自主导航AGV小车运行，在此过程中，旋转编码器将数据不断地发送给上位机系统，由上位机系统做PID闭环控制，直至到达设定的目的点并结束运行，如果运行过程中，无反射板激光自主导航AGV小车的激光扫描仪扫描到前方一定距离内有障碍物则转步骤H ；
H:上位机系统根据扫描到的障碍物信息对有效地图进行同步处理，将障碍物标记在有效地图中，并对有效地图进行保存，上位机系统根据同步过的有效地图重新进行路径规划，如果上位机系统计算得到无反射板激光自主导航AGV小车能够通过障碍物，则转步骤G，否则转步骤I ;
1:上位机系统停止无反射板激光自主导航AGV小车的运行，直到障碍物离去后，转步骤G。
[0014]与现有技术相比，本发明的无反射板激光自主导航AGV小车的自动导航方法，其有益效果为:当无反射板激光自主导航AGV小车在运行的过程中遇到障碍物时，上位机系统会将此障碍物以黑色的线条将其标记在原来的有效地图中，从而实现对有效地图的同步更新，并重新规划至目的地的最短路径，驱动无反射板激光自主导航AGV小车到达目的地，从而增强了本发明的无反射板激光自主导航AGV小车的环境适应性，综上所述，通过执行无反射板激光自主导航AGV小车的自动导航方法中的各个步骤，实现了无反射板激光自主导航AGV小车的自动导航，与靠反射板定位的激光导航AGV小车相比，外界对其自身的影响比较小，使其能适合各种各样的场合，环境适应性更强。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1是本发明的无反射板激光自主导航AGV小车的主视示意图；
图2是本发明的无反射板激光自主导航AGV小车的结构框图；
图3是本发明的无反射板激光自主导航AGV小车的执行机构的主视示意图；
图4是本发明的无反射板激光自主导航AGV小车自动导航方法的工作流程图。
[0016]图中，1:激光扫描仪；2:小车主体；3:执行机构；4:固定板；5:车轮；6:马达；7:驱动器；8:旋转编码器；9:角度传感器；10:从动轴。
【具体实施方式】
[0017]下面结合附图和实施例，对本发明的【具体实施方式】作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
[0018]如图1至3所示，本发明的无反射板激光自主导航AGV小车，包括激光扫描仪1、小车主体2、上位机系统、下位机系统、执行机构3和输入输出装置,激光扫描仪与上位机系统电连接，激光扫描仪用于接收反射的激光，并将此激光转换为电信号传送给上位机系统；上位机系统与下位机系统电连接，上位机系统根据激光扫描仪发送的电信号构建地图，并在此地图的基础上进行路径规划，并向下位机系统发送控制指令，控制无反射板激光自主导航AGV小车的运行；
输入输出装置与下位机系统连接，输入输出装置用于接收操作人员发送的控制指令和显示无反射板激光自主导航AGV小车内部的状态信息；输入输出装置包括触摸屏、按钮、遥控器、声音输出设备和障碍物传感器，触摸屏、按钮、声音输出设备和障碍物传感器分别与下位机系统电连接，按钮用于启动或关闭无反射板激光自主导航AGV小车，声音输出设备用于提示无反射板激光自主导航AGV小车的内部状态数据，障碍物传感器用于当无反射板激光自主导航AGV小车碰到障碍物时停止无反射板激光自主导航AGV小车的运行，遥控器与上位机系统或下位机系统通过无线连接，遥控器用于控制无反射板激光自主导航AGV小车的运行。
[0019]执行机构可转动地连接在小车主体的下方，执行机构用于驱动无反射板激光自主导航AGV小车运行。执行机构包括固定板4、左执行机构和右执行机构，左执行机构和右执行机构分别设置在固定板的左侧和右侧，执行机构中的每个执行机构包括车轮5、马达6、驱动器7和旋转编码器8，车轮的主轴与马达的主轴连接，左执行机构中的车轮和右执行机构中的车轮用于产生速度差，并驱动执行机构转弯，从而带动小车主体运行，马达与驱动器电连接，驱动器与下位机系统电连接，驱动器用于驱动马达的运转，旋转编码器的输入轴与马达的主轴连接，并且旋转编码器与下位机系统电连接，旋转编码器用于向下位机系统反馈马达的转速和转角数据。
[0020]具体实施时，首先将无反射板激光自主导航AGV小车设定在遥控模式，并由操作人员通过遥控器控制无反射板激光自主导航AGV小车在需要运行的区域内运行一遍，在此过程中，激光扫描仪不断地向周围发出激光，并将物体反射的激光转换为电信号，并上传至上位机系统，上位机系统在接收到激光扫描仪发送的电信号后对其进行处理，由发射激光到接受到反射激光之间的时间，以及激光扫描仪的发送激光的角度信息即可推算出物体距无反射板激光自主导航AGV小车的具体位置，上位机系统据此建立原始地图，当无反射板激光自主导航AGV小车运行完需要运行的区域后，原始地图即建立完成。随后操作人员可对原始地图进行限定，隔离非安全区域，从而得到有效地图。接着操作人员将无反射板激光自主导航AGV小车设定在自主模式，并设定起始点后和目标点，上位机根据有效地图进行路径规划得出最短路径，并发送控制指令至执行机构，从而控制无反射板激光自主导航AGV小车的运行。期间，旋转编码器将通过下位机系统向上位机系统传送转速等数据，从而实现上位机系统对执行机构的反馈控制，进一步调整执行机构中车轮的转速，直至到达设定的目的地。综上所述，本发明的无反射板激光自主导航AGV小车无需反射板即可实现自主导航。
[0021]作为优选，本发明的无反射板激光自主导航AGV小车，还包括角度传感器9和从动轴10，从动轴竖直地设置在固定板上，角度传感器与从动轴固定连接，并且角度传感器与下位机系统电连接，角度传感器用于检测执行机构与小车主体之间的夹角数据，并将此数据通过下位机系统上传至上位机系统。
[0022]设置角度传感器，使得上位机系统可从角度传感器发送的角度信息获取小车主体相对于执行机构的相对位置即角度数据，从而获取小车主体的轮廓信息，避免无反射板激光自主导航AGV小车在运行的过程中，小车主体的轮廓与外界物体或障碍物发生碰撞。
[0023]作为优选，本发明的无反射板激光自主导航AGV小车，上位机系统为工业控制计算机或MCU控制器中的一种。其中MCU控制器即微控制单元，包括ARM、单片机等。
[0024]作为优选，本发明的无反射板激光自主导航AGV小车，下位机系统为MCU控制器或PLC中的一种。
[0025]作为优选，本发明的无反射板激光自主导航AGV小车，下位机系统集成在上位机系统之中。
[0026]如图4所示，本发明的无反射板激光自主导航AGV小车的自动导航方法，包括以下步骤:
5101:启动无反射板激光自主导航AGV小车，并将无反射板激光自主导航AGV小车设定为遥控模式；
5102:利用遥控器控制无反射板激光自主导航AGV小车在需要到达的区域内运行，当激光扫描仪扫描到物体时，激光扫描仪将反射回来的激光转换为电信号，并发送至上位机系统；
5103:上位机系统对激光扫描仪发送过来的电信号进行处理，并建立原始地图，将扫描到的物体轮廓用黑色线条表示在原始地图中，直到无反射板激光自主导航AGV小车在需要到达的区域内运行一遍后，原始地图建立完成，上位机系统将此原始地图进行保存；
5104:操作人员对原始地图作限定，人工屏蔽有条件开放的非安全区域，从而得到一个有效地图，并将此有效地图保存在上位机系统中；
5105:操作人员在有效地图内设定无反射板激光自主导航AGV小车的起始点和目标点，并将无反射板激光自主导航AGV小车设定为自主模式；
5106:上位机系统进行路径规划，规划出最短路径，并发送控制指令及行走数据给下位机系统；
5107:下位机系统将控制指令发送至执行机构，驱动无反射板激光自主导航AGV小车运行，在此过程中，旋转编码器将数据不断地发送给上位机系统，由上位机系统做PID闭环控制，直至到达设定的目的点并结束运行，如果运行过程中，无反射板激光自主导航AGV小车的激光扫描仪扫描到前方一定距离内有障碍物则转步骤S108 ；
S108:上位机系统根据扫描到的障碍物信息对有效地图进行同步处理，将障碍物标记在有效地图中，并对有效地图进行保存，上位机系统根据同步过的有效地图重新进行路径规划，如果上位机系统计算得到无反射板激光自主导航AGV小车能够通过障碍物，则转步骤S107，否则转步骤S109 ；
S109:上位机系统停止无反射板激光自主导航AGV小车的运行，直到障碍物离去后，转步骤S107。
[0027]当无反射板激光自主导航AGV小车在运行的过程中遇到障碍物时，上位机系统会将此障碍物以黑色的线条将其标记在原来的有效地图中，从而实现对有效地图的同步更新，并重新规划至目的地的最短路径，驱动无反射板激光自主导航AGV小车到达目的地，从而增强了本发明的无反射板激光自主导航AGV小车的环境适应性，综上，通过执行无反射板激光自主导航AGV小车的自动导航方法中的各个步骤，实现了无反射板激光自主导航AGV小车的自动导航，与靠反射板定位的激光导航AGV小车相比，外界对其自身的影响比较小，使其能适合各种各样的场合，环境适应性更强。
[0028]以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本【技术领域】的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种无反射板激光自主导航AGV小车，其特征在于，包括激光扫描仪、小车主体、上位机系统、下位机系统、执行机构和输入输出装置，所述激光扫描仪与上位机系统电连接，激光扫描仪用于接收反射的激光，并将此激光转换为电信号传送给上位机系统； 所述上位机系统与下位机系统电连接，上位机系统根据激光扫描仪发送的电信号构建地图，并在此地图的基础上进行路径规划，并向下位机系统发送控制指令，控制无反射板激光自主导航AGV小车的运行； 所述输入输出装置与下位机系统连接，输入输出装置用于接收操作人员发送的控制指令和显示无反射板激光自主导航AGV小车内部的状态信息； 所述执行机构可转动地连接在小车主体的下方，执行机构用于驱动无反射板激光自主导航AGV小车运行。
2.如权利要求1所述的无反射板激光自主导航AGV小车，其特征在于，所述执行机构包括固定板、左执行机构和右执行机构，所述左执行机构和右执行机构分别设置在固定板的左侧和右侧，所述执行机构中的每个执行机构包括车轮、马达、驱动器和旋转编码器，所述车轮的主轴与马达的主轴连接，左执行机构中的车轮和右执行机构中的车轮用于产生速度差，并驱动执行机构转弯，从而带动小车主体运行，所述马达与驱动器电连接，所述驱动器与下位机系统电连接，驱动器用于驱动马达的运转，所述旋转编码器的输入轴与马达的主轴连接，并且旋转编码器与下位机系统电连接，旋转编码器用于向下位机系统反馈马达的转速和转角数据。
3.如权利要求2所述的无反射板激光自主导航AGV小车，其特征在于，还包括角度传感器和从动轴，所述从动轴竖直地设置在固定板上，所述角度传感器与从动轴固定连接，并且角度传感器与下位机系统电 连接，角度传感器用于检测执行机构与小车主体之间的夹角数据，并将此数据通过下位机系统上传至上位机系统。
4.如权利要求3所述的无反射板激光自主导航AGV小车，其特征在于，所述输入输出装置包括触摸屏、按钮、遥控器、声音输出设备和障碍物传感器，所述触摸屏、按钮、声音输出设备和障碍物传感器分别与下位机系统电连接，按钮用于启动或关闭无反射板激光自主导航AGV小车，声音输出设备用于提示无反射板激光自主导航AGV小车的内部状态数据，所述障碍物传感器用于当无反射板激光自主导航AGV小车碰到障碍物时停止无反射板激光自主导航AGV小车的运行，所述遥控器与上位机系统或下位机系统通过无线连接，遥控器用于控制无反射板激光自主导航AGV小车的运行。
5.如权利要求4所述的无反射板激光自主导航AGV小车，其特征在于，所述上位机系统为工业控制计算机或MCU控制器中的一种。
6.如权利要求5所述的无反射板激光自主导航AGV小车，其特征在于，所述下位机系统为MCU控制器或PLC中的一种。
7.如权利要求6所述的无反射板激光自主导航AGV小车，其特征在于，所述下位机系统集成在上位机系统之中。
8.如权利要求7所述的无反射板激光自主导航AGV小车的自动导航方法，其特征在于，包括以下步骤: A:开启无反射板激光自主导航AGV小车，并将无反射板激光自主导航AGV小车设定为遥控模式；B:利用遥控器控制无反射板激光自主导航AGV小车在需要到达的区域内运行，当激光扫描仪扫描到物体时，激光扫描仪将反射回来的激光转换为电信号，并发送至上位机系统； C:上位机系统对激光扫描仪发送过来的电信号进行处理，并建立原始地图，将扫描到的物体轮廓用黑色线条表示在原始地图中，直到无反射板激光自主导航AGV小车在需要到达的区域内运行一遍后，原始地图建立完成，上位机系统将此原始地图进行保存； D:操作人员对原始地图作限定，人工屏蔽有条件开放的非安全区域，从而得到一个有效地图，并将此有效地图保存在上位机系统中； E:操作人员在有效地图内设定无反射板激光自主导航AGV小车的起始点和目标点，并将无反射板激光自主导航AGV小车设定为自主模式； F:上位机系统进行路径规划，规划出最短路径，并发送控制指令及行走数据给下位机系统； G:下位机系统将控制指令发送至执行机构，驱动无反射板激光自主导航AGV小车运行，在此过程中，旋转编码器将数据不断地发送给上位机系统，由上位机系统做PID闭环控制，直至到达设定的目的点并结束运行，如果运行过程中，无反射板激光自主导航AGV小车的激光扫描仪扫描到前方一定距离内有障碍物则转步骤H ； H:上位机系统根据扫描到的障碍物信息对有效地图进行同步处理，将障碍物标记在有效地图中，并对有效地图进行保存，上位机系统根据同步过的有效地图重新进行路径规划，如果上位机系统计算得到无反射板激光自主导航AGV小车能够通过障碍物，则转步骤G，否则转步骤I ; I:上位机系统停止无反射板激光自主导航AGV小车的运行，直到障碍物离去后，转步骤G。
【文档编号】G05D1/02GK103777637SQ201410049482
【公开日】2014年5月7日 申请日期:2014年2月13日 优先权日:2014年2月13日
【发明者】司秀芬, 陈卫东, 王景川, 廖文龙, 刘胜明, 罗敏, 钟佳帅 申请人:苏州工业园区艾吉威自动化设备有限公司